丁酸在非酒精性脂肪性肝病預(yù)防和治療中作用的研究進(jìn)展

李夢晴 張 煒

江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(212001)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是目前世界上最常見的慢性肝病，一項(xiàng)meta分析顯示，全球NAFLD的患病率約為25.24%，在發(fā)達(dá)國家，1/5～1/4的成年人患有NAFLD[1]。NAFLD定義為以肝臟三酰甘油異常堆積為主要特征的肝臟疾病，其特征包括肝臟的脂肪浸潤、肝細(xì)胞損傷和肝臟炎癥[2]。NAFLD可包括多種組織學(xué)類型：非酒精性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纖維化、NASH肝硬化和NASH相關(guān)的肝細(xì)胞癌(HCC)。有文獻(xiàn)指出，隨著發(fā)病率的逐年上升，NASH可能很快成為肝移植最常見的適應(yīng)證[3]。雖然對NAFLD的發(fā)病機(jī)制目前尚未完全了解，但普遍認(rèn)為其與肥胖和代謝綜合征相關(guān)的脂質(zhì)代謝異常有關(guān)。導(dǎo)致NAFLD發(fā)生和進(jìn)展的危險因素包括高脂飲食、遺傳易感性、內(nèi)臟脂肪過多、胰島素抵抗、腸道微生物紊亂等[4]。

短鏈脂肪酸(SCFAs)是具有1～6個碳原子的有機(jī)脂肪酸，由腸道內(nèi)微生物發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生，主要包括乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸等。其中乙酸、丙酸和丁酸占整個SCFAs的95%以上，三者比例約為60∶20∶20[5-6]。近年有研究表明，SCFAs與炎癥性腸病、腸易激綜合征、結(jié)腸癌、NAFLD等消化系統(tǒng)疾病密切關(guān)聯(lián)[7]。丁酸是結(jié)腸上皮細(xì)胞最主要的能量來源。已有多項(xiàng)研究表明丁酸可預(yù)防和緩解NAFLD。本文就丁酸在NAFLD發(fā)病中的主要機(jī)制以及丁酸緩解NAFLD的應(yīng)用作一綜述。

一、丁酸在NAFLD發(fā)病中的作用

1. 丁酸與腸道黏膜屏障：肝臟約70%的血供來自門靜脈，在腸道黏膜屏障受損的情況下，腸道微生物移位以及微生物代謝產(chǎn)物增加，內(nèi)毒素、脂多糖等由腸道進(jìn)入門靜脈，從而誘發(fā)肝臟的氧化應(yīng)激、胰島素抵抗、肝臟炎癥和纖維化等，這是NAFLD發(fā)病的重要環(huán)節(jié)[8-9]。

腸道黏膜屏障的組成包括上皮細(xì)胞間的緊密連接(TJ)。TJ形成高選擇性通透性屏障，可有效阻止腸道內(nèi)細(xì)菌和內(nèi)毒素移位進(jìn)入體循環(huán)[10]。Jin等[11]的研究表明，用丁酸喂養(yǎng)的小鼠肝臟脂肪變性和肝臟炎癥均明顯減輕，且十二指腸TJ水平明顯升高。Peng等[12]用丁酸處理Caco-2單層細(xì)胞，其跨膜電阻(TEER)顯著增加，菊粉滲透性降低，提示丁酸可改善腸道黏膜屏障功能。Elamin等[13]的研究認(rèn)為丁酸的保護(hù)作用是通過激活Caco-2細(xì)胞單分子層中AMP活化蛋白激酶(AMPK)而實(shí)現(xiàn)的。AMPK可調(diào)節(jié)葡萄糖、脂肪酸和蛋白質(zhì)的合成，其活性下降時TJ組裝受損。丁酸通過增加AMPK活性，加速TJ組裝，進(jìn)而起保護(hù)腸道黏膜屏障的作用。

2. 丁酸與脂質(zhì)代謝：GPR被認(rèn)為是SCFAs的內(nèi)源性受體，在腸道、免疫細(xì)胞和脂肪組織中高表達(dá)，與維持能量的穩(wěn)態(tài)有關(guān)，其中GPR41和GPR43均可被丁酸激活[14]。Kimura等[15]的研究表明，敲除GPR43的小鼠可發(fā)生肥胖，其機(jī)制可能是GPR43抑制脂肪組織中胰島素信號，促進(jìn)能量消耗。然而，Lin等[16]的研究給予小鼠敲除GPR41后，SCFAs對體質(zhì)量和胰島素的敏感性仍具有一定的影響，提示丁酸還可通過其他途徑影響脂質(zhì)代謝。

過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)是核激素受體家族中的配體激活受體，控制許多細(xì)胞內(nèi)的代謝過程。Sun等[17]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，丁酸可明顯減輕高脂飲食誘導(dǎo)的大鼠NAFLD，其三酰甘油含量減少與PPARα的顯著激活相關(guān)。Montagner等[18]的實(shí)驗(yàn)也表明，敲除小鼠肝臟PPARα后，肝臟脂肪酸分解受損，且禁食期間更易出現(xiàn)低體溫和低血糖，提示丁酸可能通過刺激PPARα促進(jìn)脂肪酸分解來調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。

組蛋白去乙?；?HDAC)對染色體的結(jié)構(gòu)修飾和基因表達(dá)調(diào)控發(fā)揮重要作用。丁酸通過對HDAC的直接抑制作用，在基因調(diào)控、免疫調(diào)節(jié)、腫瘤抑制、腸道屏障調(diào)節(jié)、氧化應(yīng)激減輕和腸道運(yùn)動調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮作用[19]。Sun等[17]的實(shí)驗(yàn)表明，丁酸通過抑制HDAC-1來促進(jìn)PPARα啟動子上組蛋白H3K9Ac的修飾，使PPARα啟動子高度乙酰化，從而誘導(dǎo)PPARα的表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)脂肪酸分解。

3. 丁酸與炎癥反應(yīng)：丁酸的抗炎作用主要通過抑制NF-κB信號級聯(lián)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。腸道的細(xì)菌信號通過腸上皮細(xì)胞頂端或基底外側(cè)表面表達(dá)的特定受體(如Toll樣受體)，激活下游NF-κB信號級聯(lián)反應(yīng)，觸發(fā)促炎基因的轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)炎癥和免疫反應(yīng)[20]。Usami等[21]的實(shí)驗(yàn)表明，丁酸及其前體物質(zhì)三丁酸甘油酯通過抑制NF-κB的激活，在外周血單核細(xì)胞中減少由脂多糖誘導(dǎo)的TNF-α分泌，并促進(jìn)具有抗炎作用的前列腺素E2(PGE2)的產(chǎn)生。環(huán)氧合酶(COX)是催化花生四烯酸轉(zhuǎn)化為PG的關(guān)鍵限速酶。Perez等[22]的研究表明，丁酸通過上調(diào)大鼠門靜脈Kupffer細(xì)胞中磷脂酶A2(PLA2)和COX-2的表達(dá)來增加PGE2，從而起抗炎作用。

調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)通過抑制其他細(xì)胞的免疫反應(yīng)，促進(jìn)免疫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。Treg細(xì)胞具有抗炎功能，并對肝臟炎癥具有保護(hù)作用。謝中華等[23]的研究發(fā)現(xiàn)NAFLD患者中Treg細(xì)胞比例顯著降低。Foxp3是控制Treg細(xì)胞發(fā)育和功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子之一。Furusawa等[24]的實(shí)驗(yàn)表明，丁酸作為HDAC抑制劑，通過上調(diào)Foxp3基因啟動子上組蛋白H3的乙?；?，從而促進(jìn)Treg細(xì)胞分化。Smith等[25]的研究表明，除作為HDAC抑制劑對Treg細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控，丁酸還可激活T細(xì)胞上的GPR43，從而增強(qiáng)結(jié)腸T細(xì)胞上Foxp3的表達(dá)，促進(jìn)Treg細(xì)胞發(fā)揮抗炎作用。

4. 丁酸對線粒體功能的影響：線粒體是細(xì)胞代謝的中心，不僅從各種代謝過程中產(chǎn)生并提供能量，而且也是細(xì)胞代謝過程中各種交錯路徑的協(xié)調(diào)和整合中心。肝臟線粒體功能障礙可引起脂肪氧化、活性氧產(chǎn)生和氧化應(yīng)激的改變。近年研究表明線粒體功能障礙在NAFLD發(fā)病的分子機(jī)制中起有重要作用[26]。Chella Krishnan等[27]使用基因網(wǎng)絡(luò)建模來預(yù)測NAFLD發(fā)病過程的調(diào)控基因，證實(shí)線粒體功能障礙是NAFLD發(fā)病的關(guān)鍵驅(qū)動因素。Henagan等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，在不改變食物攝入量或能量消耗的情況下，補(bǔ)充丁酸可防止高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠體質(zhì)量增加和肥胖的發(fā)生，并可提高胰島素敏感性，這可能是丁酸通過改善骨骼肌線粒體的功能而實(shí)現(xiàn)的。

線粒體的動力學(xué)受到融合和裂變穩(wěn)態(tài)的調(diào)控，這一穩(wěn)態(tài)可調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝，其失衡導(dǎo)致代謝紊亂。向融合的轉(zhuǎn)變有利于線粒體連接，有利于能量在其中傳遞，向裂變的轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)受損線粒體的自噬[29-30]。Galloway等[31]的研究表明，在高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中，抑制線粒體裂變不僅可減少肝臟氧化應(yīng)激，而且還可減輕肝臟脂肪變性。Mollica等[32]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與單純高脂飲食小鼠相比，丁酸處理的高脂飲食小鼠線粒體的面積、體積、呼吸能力均較高，其線粒體有明顯的融合傾向，提示丁酸對肝臟的保護(hù)作用與其對線粒體功能的調(diào)節(jié)有關(guān)。

二、丁酸在治療NAFLD方面的應(yīng)用

1. 改變飲食結(jié)構(gòu)：增加膳食纖維的攝入能促進(jìn)包括丁酸在內(nèi)的腸道SCFAs生成。郭文奎等[33]利用酶解法提取黃小米和燕麥中水溶性膳食纖維進(jìn)行體外發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明隨著發(fā)酵時間的延長和膳食纖維含量的增加，SCFAs含量逐漸增加。Naumann等[34]的研究表明，受試者在接受5周富含膳食纖維的燕麥飲料后，血液總膽固醇和低密度脂蛋白濃度降低。Razavi Zade等[35]的研究中，NAFLD患者接受8周的DASH飲食(美國一項(xiàng)大型高血壓防治計(jì)劃提出的飲食，富含水果、蔬菜、低脂乳制品等)后，體質(zhì)量、BMI、ALT、三酰甘油、胰島素代謝指標(biāo)、炎癥指標(biāo)等均有明顯改善。說明通過增加膳食纖維攝入間接提高腸道內(nèi)丁酸含量可能是緩解NAFLD的一種潛在有效方法。

2. 丁酸及其衍生物的應(yīng)用：丁酸具有酸臭味強(qiáng)、上消化道吸收快等特點(diǎn)，使其在胃腸道疾病治療中的應(yīng)用受到限制，目前研究多關(guān)注丁酸鈉及其衍生物的應(yīng)用。Zhou等[36]的實(shí)驗(yàn)表明，丁酸鈉可糾正高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠腸道菌群失衡，恢復(fù)小鼠腸黏膜損傷，降低血清和肝臟中內(nèi)毒素水平，下調(diào)MCP-1、TNF-α、IL-1、IL-2、IL-6、IFN-γ等，改善肝臟炎癥、脂肪積累情況。丁酸鹽及其合成衍生物N-(1-氨基甲酰-2-苯基-乙基)丁酰胺(FBA)喂養(yǎng)的高脂飲食小鼠肝臟切片中脂滴較普通高脂飲食組明顯減少，兩者均可顯著降低肝臟TNF-α表達(dá)，且FBA效力更強(qiáng)[32,37]。丁酸梭菌是一種產(chǎn)丁酸的革蘭陽性厭氧菌，存在于健康動物和人類腸道中。Endo等[38]的研究發(fā)現(xiàn)，用含丁酸梭菌的益生菌MIYAIRI 588治療脂肪肝模型小鼠，可降低內(nèi)毒素水平，改善腸道黏膜通透性，從而阻止NAFLD的進(jìn)展。由此可見，丁酸可直接作為治療NAFLD的藥物使用，其衍生物亦是一種潛在的治療藥物。

三、小結(jié)與展望

丁酸在NAFLD中的作用較復(fù)雜，其作用機(jī)制的多條途徑相互交錯，目前多數(shù)研究注重于其中的某一途徑，因此很難詮釋丁酸在NAFLD發(fā)病中的具體分子機(jī)制。此外，目前基于丁酸在NAFLD發(fā)病中的機(jī)制研究多建立在體外實(shí)驗(yàn)或動物模型基礎(chǔ)上，無法完全模擬NAFLD患者的所有生理變化。隨著在人體應(yīng)用研究的不斷深入，丁酸在NAFLD發(fā)病中的具體機(jī)制將進(jìn)一步被闡明。至于丁酸在NAFLD治療中的應(yīng)用，從調(diào)節(jié)SCFAs以及研發(fā)新的丁酸衍生物入手防治NAFLD具有廣闊的前景，但具體補(bǔ)充方式和劑量仍有待進(jìn)一步研究，丁酸及其衍生物有望成為預(yù)防和治療NAFLD的重要靶點(diǎn)。